分段函数的二重积分
- 格式:pdf
- 大小:116.84 KB
- 文档页数:3
二重积分的计算方法在高等数学的学习中,二重积分是一个重要的概念和工具,它在解决许多实际问题和理论推导中都有着广泛的应用。
理解和掌握二重积分的计算方法对于我们深入学习数学以及解决相关的实际问题至关重要。
首先,让我们来明确一下二重积分的定义。
二重积分是在平面区域上对某个二元函数进行积分。
简单来说,就是把平面区域划分成许多小的区域,然后对每个小区域上的函数值乘以小区域的面积,再把这些乘积相加。
接下来,我们来介绍几种常见的二重积分计算方法。
一、直角坐标系下的计算方法在直角坐标系中,二重积分可以表示为两种形式:先对 x 积分再对y 积分,或者先对 y 积分再对 x 积分。
当我们选择先对 x 积分时,我们需要把积分区域投影到 x 轴上,确定 x 的积分限。
然后,对于每个固定的 x 值,在对应的垂直于 x 轴的线段上确定 y 的积分限。
例如,对于积分区域 D 是由直线 y = x ,y = 1 以及 x = 0 所围成的三角形,我们要计算二重积分∬D f(x,y)dxdy。
先对 x 积分,x 的积分限是从 0 到 y ,y 的积分限是从 0 到 1 。
则可以将二重积分化为累次积分:∫₀¹(∫₀ʸ f(x,y)dx)dy 。
同样,如果先对 y 积分,就把积分区域投影到 y 轴上,确定 y 的积分限,然后再确定每个固定 y 值对应的 x 的积分限。
二、极坐标系下的计算方法在某些情况下,使用极坐标系来计算二重积分会更加方便。
极坐标系中的坐标是(r,θ) ,其中 r 表示点到原点的距离,θ 表示极角。
在极坐标系下,二重积分的表达式为∬D f(r cosθ, r sinθ) r dr dθ 。
比如,对于圆形或者扇形的积分区域,使用极坐标系往往能简化计算。
例如,计算以原点为圆心,半径为 R 的圆上的二重积分,积分区域 D 为 x²+y² ≤ R² 。
在极坐标系中,r 的积分限是从 0 到 R ,θ 的积分限是从 0 到2π 。
考研数学中二重积分的计算方法与技巧顾 贞 洪 港 高恒嵩高等数学作为大多数专业研究生考试的必考科目,其有自己固有的特点,大纲几乎不变,注重基本知识点的考察,注重学生的综合应用能力,也考察学生解题的技巧.二重积分作为考研数学必考的知识点,在解题方面有一定的技巧可循,本文针对研究生考试中二重积分的考察给出具有参考性的解题技巧.二重积分的一般计算步骤如下:(1) 画出积分区域D 的草图;(2) 根据积分区域D 以及被积函数的特点确定合适的坐标系;(3) 在相应坐标系下确定积分次序,化为二次积分; (4) 确定二次积分的上、下限,做定积分运算.但是在历年考试题中,越来越多的题目注重解题技巧的考查,考题经常以下列几种情况出现:1分段函数的二重积分如果被积函数中含有函数关系min max,以及绝对值函数,则需要对二重积分进行分区域积分.例1:(2008年试题)计算⎰⎰Ddxdy xy }1,max{,其中}20,20),({≤≤≤≤=y x y x D .解:积分区域如图1所示:因为⎩⎨⎧>≤=111}1,max{xy xy xy xy ,所以有:max{,1}Dxy dxdy ⎰⎰1122222111022x xdx dy dx dy dx xydy=++⎰⎰⎰⎰⎰⎰2ln 419)ln 21(21ln 2ln 2212212+=-+-+⨯=x x2交换二重积分的次序交换积分次序的步骤如下: (1) 先验证二次积分是否是二重积分的二次积分(积分下限小于上限)(2) 由所给二次积分的上、下限写出积分区域D 的不等式组(3) 依据不等式组画出积分区域D 的草图(4) 根据积分区域D 的草图写出另一种积分次序下的二次积分。
例2:计算dy e dx xy ⎰⎰-222解:积分区域如图2所示:因为⎰-22xy dy e 不可积,所以交换二重积分次序,则有:)1(214022022222-----===⎰⎰⎰⎰⎰⎰e dx dy e dx e dy dy e dx yy yy xy图1 图2 图3 图43利用积分区域的对称性计算二重积分(1)利用积分区域的对称性,被积函数的奇偶性计算 设()y x f ,在积分区域D 上连续,D 关于y 轴对称,1D 为D 中0≥x 的部分.则有:()()⎰⎰⎰⎰⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=DD y x f y x f y x f y x f d y x f d y x f ),(),(0),(),(,2,1σσ设()y x f ,在积分区域D 上连续,D 关于x 轴对称,1D 为D 中0≥y 的部分.则有:()()⎰⎰⎰⎰⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=D D y x f y x f y x f y x f d y x f d y x f ),(),(0),(),(,2,1σσ 例3:(2017年试题)已知平面区域22{(,)2}D x y x y y =+≤,计算二重积分2(1).Dx dxdy +⎰⎰解析:积分区域具有对称性如图3,首先考虑使用奇偶性,其次,因为积分区域为圆域,需要使用极坐标进行求解。
实例分析分段函数的微积分典型问题在高等数学的学习过程中,分段函数作为函数中特殊的一类,对其理解和接受都存在一定难度,同时也是高等数学教学中的重点和难点。
为了突破这一难点,就要掌握分段函数在分界点处的各种性质,进而利用微积分计算等方法进行求解。
1 分段函数和微积分分段函数是指在不同的定义域区间具备不同解析式的函数,即不能用同一解析式进行表达的函数。
归根结底,分段函数也是一个函数,其图像也是唯一的。
而分段函数在分界点的性质变化正是其难点所在,也是其本身特殊性所在,因此为了研究分段函数,首要的研究目标就是分段函数的分界点,而微积分在高等数学中也占据着重要的地位,是研究函数有关概念和性质的数学分支,能够使得分段函数中分界点的相关计算有据可依。
两者的互相补充为高等数学的解题带来了便捷。
2 分段函数微积分问题归类与分析2.1 一元分段函数微积分2.1.1 对一元分段函数在分界点处的极限判断对于一元函数分界点处极限的判断,主要是依据分段函数的表达形式。
若函数表达形式在分界点的左右不同,就可以依据分段函数在分界点处左右极限来判断,当极限存在且相等时,该点存在极限;若不存在或者两者不相等时,则该点不存在极限。
若分界点左右的函数表达方式相同,就可直接运用计算极限的常用方法将极限计算出来。
举例说明:例1:已知函数=,求(1);(2)。
解析:由分段函数表达式可知,x=1为该分段函数的分界点,当x<1和x>1时,所对应的解析式也不同。
所以针对(1)问,应该讨论当x趋近于1时的左右极限。
因此x时,x<1,此时;而当x时,x>1,此时,因此则有函数的左极限与右极限相等,即=1,因此=1,进而得到。
2.1.2 对一元函数在分界点处的连续性判断函数在某一点具有连续性的充要条件是函数在该点同时满足左连续和右连续。
高等数学中也正是依据这个条件来判断分段函数中分界点处的函数连续性。
其具体解决步骤为:第一步,利用左右连续的定义进行分界点左右连续情况的判断;第二步,根据结果进行判断,当左右都连续则证明该分界点连续,若其中有一个不连续或者左右极限不存在或者函数在该分界点不存在定义,即可判断该点不连续。